한번 충전으로 폭발 위험 없이 최대 1000㎞를 갈 수 있는 차세대 장거리 주행 배터리 개발에 청신호가 켜졌다. 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 배터리 양극 신소재인 과리튬 소재의 산소 발생 원인을 규명하고, 이를 해결할 소재 설계 원리를 제시했다고 18일 밝혔다. 이번 연구에는 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수, 중앙대, 포항가속기연구소, 미국 UCLA 유장 리 교수, UC버클리, 로런스버클리연구소가 참여했다. 과리튬 소재는 이론적으로 4.5V 이상의 고압 충전을 통해 배터리에 기존보다 30%∼70% 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 전기차 주행거리로 따지면 한 번 충전으로 최대 1000㎞를 갈 수 있다. 그러나 이 소재는 고압 충전 과정에서 소재 내부 산소가 산화돼 기체 형태로 방출되면서 폭발 위험이 커지는 문제가 있다. 연구팀은 4.25V 부근에서 산소가 산화되면서 부분적인 구조 변형이 발생해 산소 가스가 방출된다고 분석하고, 산소의 산화를 원천적으로 막는 전극 소재 설계 방식을 제시했다. 과리튬 소재의 전이금속 일부를 전기음성도가 더 낮은 전이금속 원소로 치환하는 전략이다. 두 금속 원소 간 전기음성도의 차이로 전기
원통형 배터리 설계에서 전극 곡률(곡선이나 곡면의 구부러진 정도를 나타내는 값)이 중요한 설계 변수라는 사실을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다. UNIST는 에너지화학과 정경민 교수팀이 원통형 배터리 전극의 곡률이 전기화학적 성능에 미치는 영향을 규명하고, 최적화된 전극 설계 방안을 제시했다고 6일 밝혔다. 원통형 배터리는 음극과 양극 사이에 분리막을 끼워 차곡차곡 쌓은 다음 돌돌 말아낸 형태의 배터리다. 음극, 분리막, 양극, 분리막을 1세트로 치면 보통 전기차의 원통형 배터리 셀(cell) 1개 안에는 20∼60세트가 말려져 있다. 연구팀은 원통형 배터리의 이 같은 곡률 특성 때문에 음극과 양극 간 접촉 면적이 달라지면서 용량비가 이상적인 설곗값에서 벗어날 수 있다고 보고 이번 연구를 시작했다. 일반적으로 배터리를 설계할 때는 리튬 금속 석출(리튬이 음극에 고르게 삽입되지 못하고 금속 형태로 표면에 나오는 현상) 예방과 고속 충전을 위해 음극 용량을 양극 용량보다 더 크게 설계한다. 연구팀이 다양한 곡률 조건을 모사한 실험용 곡률형 단판 셀을 제작해 상용 21700 원통형 배터리와 비교 분석한 결과, 전극의 용량비가 전극의 위치에 따라 달라지
바닷물로 전기를 저장하고 꺼내 쓸 수 있는 해수전지 상용화를 위한 값싼 촉매 물질을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. UNIST는 에너지화학공학과 이동욱 교수팀이 목재 폐기물에 요소를 첨가해 해수전지용 고성능 촉매를 개발했다고 18일 밝혔다. 이 촉매는 해수전지에 걸리는 과전압을 낮추고 전기를 빠르게 꺼내 쓸 수 있게 반응 속도를 높여 주는 물질이다. 기존에는 백금과 같은 고가의 물질을 촉매로 썼다. 연구팀이 개발한 촉매는 저렴한 리그닌과 요소를 기반으로 한다. 리그닌은 목재의 15∼35%를 구성하는 성분으로, 종이를 만드는 공정이나 바이오 연료 생산 과정에서 남는 부산물이다. 산업 폐수에 주로 있는 요소는 질소를 다량 포함하고 있다. 리그닌을 800도에서 태운 뒤 요소와 같은 온도에서 반응시키면 리그닌 구석구석 질소가 첨가돼 고성능 촉매가 만들어진다고 연구팀은 설명했다. 리그닌을 구성하는 특정 탄소 원자 자리에 대신 들어간 질소는 방전에 필요한 에너지를 크게 낮추는 것으로 나타났다. 연구팀이 이 촉매를 해수전지 전극에 입혀 실험한 결과 백금 촉매와 비슷한 성능을 보였다. 과전압은 백금 촉매보다 더 낮은 값을 보였다. 과전압이 낮을수록 충전시킨
한 번 충전으로 서울과 부산을 왕복할 수 있는 전기차용 고성능 건식 배터리 전극을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. UNIST는 2일 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 건식 공정을 통해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 전기차 대중화로 대용량 리튬이온배터리의 필요성이 커지면서 용량과 직결되는 전극은 최대한 두껍게 만들고, 용량과 관련 없는 구성 요소의 비율은 줄이는 설계 방식이 주목받고 있다. 그러나 기존 습식 전극 제조 방식은 분말 형태의 전극 원료를 용매에 풀어내 제작하기 때문에 용매가 증발하는 과정에서 뭉침이 발생하기 쉬워 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다. 연구팀이 개발한 건식 배터리 전극의 합제층 밀도(용량과 직결되는 원료 물질의 밀도)는 3.65ｇ/㎤에 달한다. 전극의 면적당 용량도 상용 전극의 5배에 해당하는 20mAh/㎠다. 이 전극을 배터리에 적용하면 전기차의 주행 거리를 약 14% 늘릴 수 있다고 연구팀은 설명했다. 정경민 UNIST 교수는 “기존 전기차 배터리로는 서울과 부산 왕복 주행이 어려웠다”며 “이번 기술을 적용하면 600㎞ 이상의 주행이 가능해져 1회 충전으로 왕복도 가능할 것”이
한국과학기술원(KAIST)은 이진우·김형준 교수 연구팀이 음이온 교환막 수전해 셀의 성능과 안정성을 획기적으로 높인 귀금속 단일 원자 촉매를 개발했다고 31일 밝혔다. 수전해 셀은 물을 분해해 수소와 산소를 생산하는 수전해 장치에서 수소와 산소 가스의 혼합을 막아주는 역할을 한다. 여러 수전해 기술 가운데 음이온만 선택적으로 이동시키는 교환막을 전해질로 사용해 수소를 생산하는 음이온 교환막 수전해 셀은 고순도 수소를 다량으로 생산할 수 있는 차세대 수전해 기술이지만, 촉매로 사용되는 백금(Pt) 등 귀금속 값이 비싸 경제성이 떨어진다. 이에 단일 원자 촉매가 대안으로 제시되고 있다. 금속 원자 하나가 지지체에 분산된 형태로, 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금 활용도를 극대화할 수 있다. 다만 기존 저온 합성법으로는 안정성과 밀도가 떨어져 제대로 된 성능을 구현하기 어려웠다. 연구팀은 고온 환경에서의 새로운 합성 전략을 기반으로 단일 원자 촉매를 설계했다. 고온에서 높은 안정성을 제공하는 탄소를 귀금속과 강한 상호작용을 갖는 몰리브덴 탄화물과 결합, 성능을 극대화한 지지체를 개발했다. 1000도 이상 고온에서 귀금속이 자발적으로 탄화물 지지체
스마트 부품이 수집한 데이터를 AI로 분석하고 원격 감시 울산과학기술원(UNIST)은 인공지능(AI)으로 소형원전 위험 징후를 2초 안에 알아챌 수 있는 원격 감시 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이를 통해 구조가 복잡한 소형 원전 내부를 실시간으로 확인할 수 있어 관리 비용을 줄이고 안전성을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술은 기계공학과 정임두·김남훈 교수와 경상대학교 김형모 교수 공동연구팀이 개발했다. 광섬유 센서가 내장된 스마트 부품이 소형 원전 데이터를 수집해 보내면 AI가 이를 분석해 이상 상태를 경고하도록 만든 것이다. 핵심은 3D 프린팅을 통한 스마트 금속 부품 제작 기술과 광섬유의 연속적 다중 변수를 동시에 빠르게 처리하는 AI 기술이다. 연구팀은 직접에너지증착(Directed Energy Deposition·DED) 방식 3D 프린팅을 통해 스마트 원전 부품을 정밀하게 제작하고, 광섬유 센서를 원전 금속 부품 내부에 유연하게 내장했다. 이를 통해 가혹한 원자로 환경에서도 부품이 안정적으로 작동하게 했다. AI는 광섬유 센서 여러 위치의 열변형 정보가 포함된 다중 변수를 빠르게 실시간으로 복합 처리해 이상 징후를 즉각 감지하며, 이를
내달 DfAM 표준화 및 데이터 전처리 세미나 열려 3D 프린팅 소프트웨어 실습 과정도 진행...공정 데이터 이해↑ 차세대 3D 프린팅 설계 공정이라고 평가받는 적층제조특화설계(DfAM) 글로벌 표준화와 기술적 로드맵을 공개하는 행사가 내달 개막한다. DfAM은 기존 방식으로 설계·가공·제조가 까다롭고 정밀한 공정이 요구되는 제품군이나, 비교적 시간·비용 등 자원 소모가 큰 대상물에 적합한 적층 제조 설계 기술이다. 우주항공, 자동차, 반도체, 공조, 로봇, 조선 등 분야에 도입 사례를 확장하고 있다. 이번 세미나는 미국재료시험협회(ASTM) 국제적층제조우수성센터(AM CoE)가 주관하는 DfAM 표준·규격화에 대한 이해를 제고하기 위해 기획됐다. 여기에 3D 프린팅 설계를 위한 데이터 전주기에 대한 정보를 제공할 예정이다. 적층 제조 소프트웨어 솔루션 공급사 ‘더스퀘어’, 적층 제조 데이터 전처리 소프트웨어 공급사 ‘VoxelDance’, 3D프린팅연구조합, 울산과학기술원(UNIST) 등 3D 프린팅 업계 산학연이 협력해 3D 프린팅 기술 고도화에 대한 비전을 제안한다. 양일간 진행되는 이번 행사는 내달 8일 경기 수원 영통구 소재 경기도경제과학진흥원, 같
울산과학기술원(UNIST) 연구진이 부생가스를 활용해 고부가가치 화학물질인 알데하이드를 생산하는 기술을 개발했다. 안광진 에너지화학공학과 교수팀은 한정우 서울대 교수팀, 한국에너지기술연구원과 함께 성능이 뛰어난 로듐 기반 촉매를 개발했는데, 이 촉매는 부생가스에 포함된 올레핀을 고부가가치 알데하이드로 효율적으로 전환한다고 23일 밝혔다. 올레핀은 이중결합 구조를 가진 불포화 탄화수소 화합물로, 파라핀과 함께 화학산업에서 중요한 원료로 사용된다. 연구진은 이번 연구를 통해 부생가스를 재활용할 수 있는 새로운 방법도 제시했다. 부생가스는 합성가스를 액체로 전환하는 화학 반응에서 나오는 부산물로, 그동안 크게 주목받지 못했다. 연구진은 로듐 촉매의 성능을 높이기 위해 산화 세륨을 도입해 촉매의 화학적 성질을 개선했는데, 기존 기술과 견줄만한 높은 반응 성능을 가진 비균질계 촉매를 사용해 부생가스에 포함된 올레핀을 알데하이드라는 고부가가치 화학물질로 성공적으로 전환한 것이다. 이번에 개발한 로듐 촉매는 크기를 줄이고 분산성을 높여 재사용이 가능하면서도 성능이 크게 향상, 부생가스의 산업적 가치를 크게 높이게 될 것으로 평가받고 있다. 특히 고부가가치 화학물질 생산으
달리는 전기차에 무선으로 전력을 공급하는 기술을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. UNIST는 전기전자공학과 변영재 교수팀은 이동 중인 전기차에 끊김이 없이 전력을 공급하는 '무선 전력 공급 트랙'을 고안했다고 16일 밝혔다. 일자 형태의 전자파 발생기에 전류를 흐르게 하면 근처에 원형의 자기장이 생긴다. 이 자기장이 고리 형태의 전력 수신기를 통과하면서 전력이 무선으로 전달되는 방식이다. 또 여러 개의 전선으로 전자파 발생기를 구성해 자기장의 범위가 넓어지면서, 전력 수신기가 전선의 수평 방향과 수직 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 이 덕분에 전기차는 넓은 자기장이 형성한 전력 공급 트랙 위에서 앞뒤 좌우 유연하게 주행 가능하다. 연구팀은 전력 공급 트랙과 전력 수신기의 구조를 최적화하는 알고리즘도 개발했다. 특히 전기차 전력 전달 효율을 최대 90%까지 끌어올리는 데 성공했다. 기존 기술은 고가 자석인 강자성체를 사용해 효율을 높이려고 했지만, 높은 가격과 약한 내구성 문제로 실제 적용이 어려웠다. 이에 연구팀은 기술이 실생활에 적용될 수 있도록 전기전자공학자협회(IEEE)와 국제비전리복사보호위원회(ICNIRP) 표준 인증 등 인체 안전성
UNIST 연구팀, 한국 폭염 예측… 기후 변화 대응에 도움 한국 폭염 예측 중요한 역할 요소로 몽골 사막과 톈산산맥 적설 깊이 작용 UNIST 연구팀이 폭염 예측 AI 모델을 개발했다. ▲해수면 온도 ▲토양 수분 ▲적설 깊이 ▲해빙 농도 등 전 세계 기후 요소들을 분석한 결과, 몽골 사막과 중국 톈산산맥의 적설 깊이가 한국의 폭염일수 예측에 중요한 요소임을 확인했다. 지면과 해수면의 변동성이 대기와 상호작용해 멀리 떨어진 지역의 기상에 영향을 미치는 현상을 원격상관(Teleconnection)이라고 한다. 연구팀은 이 현상으로 폭염에 영향을 주는 특정 지역을 찾아내 예측 모델에 적용했다. 그 결과 겨울철 톈산산맥의 적설 깊이 증가와 봄철 고비사막의 적설 깊이 감소가 여름철 폭염을 예측하는 중요한 변수임을 입증했다. 몽골 사막과 톈산산맥 적설 깊이 변동성이 클 때 한국의 여름 기온이 상승하는 경향을 확인했다. 2023년 폭염 예측에서 톈산산맥 적설 깊이가 주요 역할을 했고, 2024년에는 토양 수분과 해수면 온도 등 기후 요소의 영향력이 더 복잡해지고 있다. 연구는 기상청, 한국연구재단, 해양수산부 지원으로 진행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 npj Clim
카카오엔터프라이즈가 작년 9월 ‘코이카 플랫폼 ESG 이니셔티브' 업무 협약 이후 구체적인 사업계획을 바탕으로 수혜국의 주관기관인 ‘몽골과학기술대학교(이하 몽골과기대)’와 지난 7일 업무 협약을 체결했다. 코이카(KOICA, 한국국제협력단)의 ‘코이카 플랫폼 ESG 이니셔티브’는 ESG(환경·사회·지배구조)와 유엔 지속가능발전목표(SDGs)를 연계하는 새로운 민관 개발 협력사업 모델이다. 개발도상국의 경제·환경·사회 등의 발전을 위해 유기적 협력 및 효과적인 사업을 추진하고자 카카오엔터프라이즈는 지난 9월 코이카와 이를 위한 업무 협약을 체결했다. 이번 업무 협약을 맺은 몽골과기대는 몽골을 대표하는 공립 과학기술대학교로 1959년 개교했다. 10여 년 전부터 국내 서울대학교, UNIST(울산과학기술원), 서울과학기술대학교 등과 인재 양성 및 학술 교류 활동 등 한국과의 협력을 활발히 진행하고 있으며, 최근에는 코이카의 다양한 국제 지원사업의 수혜국 주관기관으로 참여하고 있다. 카카오엔터프라이즈와 몽골과기대는 이번 협약을 바탕으로 ▲클라우드 서비스 전문가 양성 교육 ▲엣지 클라우드 테스트베드 공동 개발 ▲몽골 클라우드 데이터센터 마스터플랜 수립 등을 진행한다.
낮은 온도에서 원자층 두께의 막을 균일하고 안정적으로 입힐 수 있는 공정 기술이 개발됐다. UNIST 반도체 소재·부품 대학원 및 신소재공학과 서준기 교수팀은 중국과학원 선전선진기술연구원 Feng Ding 교수, 세종대학교 김성규 교수, UNIST 정창욱 교수팀과 함께 유기금속화학기상증착법(Metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD)을 활용해 200도의 저온에서 주석 셀라나이드계 소재별 맞춤형 공정법으로 얇은 막을 웨이퍼 단위의 대면적에 증착시킬 수 있는 박막 증착 공정법을 개발했다고 2일 밝혔다. 유기금속화학기살증착법은 화학반응에 참여하는 기체상의 전구체를 활용해 우수한 정밀성을 가지는 차세대 공정법이다. 반도체의 재료가 되는 웨이퍼 정도의 큰 면적에도 박막을 증착시킬 수 있다. 하지만 반응물을 합성시키기 위해선 650도 이상의 높은 온도로 리간드를 분해해야 했다. 연구팀은 전자소자, 광학소자, 열전소자 등 다양한 분야에서 연구 중인 2종의 주석 셀레나이드계 물질(SnSe2, SnSe)에 유기금속화학기상증착법을 적용했다. 2종의 주석 셀레나이드 박막 모두 웨이퍼 단위의 수 나노 수준 두께로 균일하게 증착시켰다. 연구
정성균 교수팀, 고체 전해질과 양극의 열 안정성 원리 규명 전고체 배터리를 더 안정적으로 활용할 수 있는 방법을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 밝혀냈다. 2일 UNIST에 따르면 에너지화학공학과 정성균 교수팀은 충전된 양극과 할라이드계 고체 전해질 사이의 열 안정성에 대한 연구를 통해 그 연관성을 규명했다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬이온전지는 화재와 폭발 위험성이 큰 유기 액체 전해질을 사용한다. 이런 위험성으로 인해 대체품으로 비연소성 무기 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리가 주목받았다. 무기 고체 전해질 중 하나인 황화물 고체 전해질은 차세대 전고체 배터리 개발 분야의 유망 소재로 연구되고 있으나, 고체 전해질과 전극 사이에 생기는 폭발성 분해 생성물로 열에 대한 안정성 문제가 제기됐다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 할라이드계 고체 전해질을 사용했다. 이 전해질은 황화물 고체 전해질에 비해 산화 안정성이 뛰어나 양극과 복합체를 이룰 때 주로 사용된다. 연구팀은 할라이드 고체 전해질 중 대표적으로 사용되는 LIC와 양극을 혼합한 복합체를 만들어 열 안정성 평가를 진행했다. 평가 결과 해당 복합체는 분해 반응이 시작되는 온도가 높아져
국내 연구진이 휴대용 전자기기 및 전기차 등의 리튬 이차전지 에너지 밀도를 높이고 고전압 구동 때도 안정성을 높여줄 용매를 개발했다. 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최남순 교수팀이 울산과학기술원(UNIST) 화학과 홍성유·서울대 화학생물공학부 이규태·고려대 화공생명공학과 곽상규·경상국립대 나노·신소재공학부 이태경 교수 연구팀과 함께 4.4V의 높은 충전 전압에서 리튬 금속 전지의 효율과 에너지를 유지하는 세계 최고 수준의 전해액 조성 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 구동할 수 있는 상한 전압 한계가 있는 용매들과 달리 높은 충전 전압에서 안정적으로 사용할 수 있는 새로운 용매를 합성하는 데 성공, 이를 첨가제 기술과 접목해 현저하게 향상된 가역 효율(상온 200회 99.9%)을 달성했다. 가역 효율은 사이클마다 전지의 방전용량을 충전용량으로 나눠 백분율로 나타낸 값으로, 가역 효율이 높을수록 사이클마다 배터리 용량 손실이 적은 것을 의미한다. 또 이 기술은 리튬 대비 4.4V 높은 충전 전압 조건에서 다른 전해액보다 약 5% 정도 높은 75.0%의 높은 방전용량 유지율을 보였다. 연구팀이 이번에 세계 최초로 합성 및 보고한 환형 설폰아
기존 방식에서 약 20% 성능 향상 “고효율 태양전지 향한 새로운 방향 제시” 국내 연구팀이 페로브스카이트 태양전지 성능을 한층 더 발전시킬 수 있는 기술을 개발했다. UNIST 에너지화학공학과 장성연 교수팀과 고려대학교 곽상규 교수팀이 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 광활성층과 양자점층을 접합해 태양전지 소자의 효율을 큰 폭으로 개선할 수 있는 기술을 공동으로 개발했다. 연구팀은 결합된 소재가 접합되며 만들어진 박막층을 활용해 전지의 효율을 대폭 상승시켰다. 생성된 접합층은 내부 전기장을 강화시키고, 경계면의 결함을 대폭 감소시켜 전하의 이동 거리를 늘렸다. 전하추출의 효율을 높인 것이다. 주석-납 할로겐화물 화합물은 밴드간의 에너지 갭의 차이가 적다. 에너지 갭은 반도체 소재에서 전도띠의 하단부분과 가전자띠의 상단부분의 에너지 차이를 의미한다. 근적외선 영역대 빛까지 흡수하는 능력이 뛰어나지만, 내부결함이 많고 전하의 이동 거리가 짧아 전하를 안정적으로 추출하기 어려웠다. 연구팀은 페로브스카이트 양자점을 주석-납 페로브스카이트 층 위에 박막으로 덮어 기존의 고질적 문제를 개선했다. 주석-납 할로겐화물 페로브스카이트 박막 표면에 양자점 소재를 씌우면 양자
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